半導體照明技術(shù)(編輯修改稿)
2024-08-28 16:32 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 理的最高顯色指數(shù)值所建議的點） LED (1)二基色熒光粉轉(zhuǎn)換白光 LED 設(shè)計二基色白光 LED的直接途徑是用發(fā)射藍光的AlInGaN芯片和發(fā)射在黃色區(qū)的熒光粉。圖 94是典型的器件結(jié)構(gòu)。 藍光芯片固定在內(nèi)置的反射杯中，并涂覆一層環(huán)氧樹脂和熒光粉顆粒混合而成的轉(zhuǎn)換層。整個結(jié)構(gòu)嵌在透明樹脂中。部分藍光在熒光粉層中被吸收并下轉(zhuǎn)換為黃光。其余的藍色光進人環(huán)氧樹脂并與黃光混合成白光。熒光粉的最佳選擇為鈰摻雜的釔鋁石榴石 YAG： Ce3+。 第九講 白光發(fā)光二極管 第九講 白光發(fā)光二極管 圖 94 AlInGaN發(fā)藍光熒光粉轉(zhuǎn)換白光 LED 1967年前后，就已為陰極射線管應用研發(fā)了鈰摻雜的釔鋁石榴石 Y3Al5O12： Ce3+，熒光粉溫度和化學穩(wěn)定性高，腐蝕性低，具有無缺陷結(jié)構(gòu)，量子效率接近 100%。熒光粉用經(jīng)典的氧化物熔融過程在 1600℃ 下生產(chǎn)。圖 95是 Y3Al5O12： Ce3+的能級。 第九講 白光發(fā)光二極管 第九講 白光發(fā)光二極管 圖 95 釔鋁石榴石 Y3Al5O12： Ce3+中的能級 相關(guān)的光學性質(zhì)來自基態(tài) 4f1和激發(fā)態(tài) 5d1帶間允許的電子躍遷。位于 460nm的最低吸收帶來自最低的 2F5/2子能級到激發(fā)的 2D帶的躍遷。發(fā)射光譜來自斯托克斯位移了的 2D帶到 2F5/2(520nm）和2F7/2（ 580nm）子能級的躍遷。在室溫下，兩組發(fā)射線交疊．產(chǎn)生了一個寬帶。 第九講 白光發(fā)光二極管 YAG： Ce3+的光譜性質(zhì)滿足二基色白光 LED的要求。首先， 460nm附近的激發(fā)峰與可用的效率最高的藍光 AlInGaN LED的峰值波長一致。這個波長也接近效率最高的二基色體系短波部分的波長 (445nm)。其次，熒光粉的發(fā)射光譜與補色相符合 (570～ 590nm)。此外，裁剪熒光粉的發(fā)射光譜可產(chǎn)生具有各種色溫的白光。 圖 96所示的 CLE色度圖說明了 465nm藍色 AlInGaN LED發(fā)光（線寬 30nm）和峰值波長 560nm、 570nm和 580nm的熒光粉發(fā)光（線寬 120nm）的混色。普朗克軌跡線和連接有關(guān)色坐標的直線的交點表明色溫在 4000℃ 以上的白光是可以得到的。 第九講 白光發(fā)光二極管 第九講 白光發(fā)光二極管 圖 96 由 AlInGaN LED藍光和不同峰值波長位置的鈰摻雜釔鋁石榴石黃光發(fā)射得到白光（ CIE 1931 色度圖） 圖 97是 AlInGaN/（ Y1aGda） 3（ Al1bGdb） 5O12： Ce3+白光 LED典型的光譜，熒光粉譜帶峰值位于 570nm(實線）和580nm(虛線 〕 。光譜的光視效能超過 3001m/W，而顯色指數(shù)略小于 80。單個顯色性測試標準試樣的分析揭示了對于黃綠色（ R4=64）和紫紅色（ R8=55～ 60)顯色性的不足。補充試樣的測量顯現(xiàn)對深綠和深藍顯色指數(shù)相對較低（ R11,12=56～ 60），對深紅顯色指數(shù)特別低 (R9=0)。將熒光粉發(fā)射峰左移 10nm導致色溫和藍 黃強度比顯著變化，而對光視效能和顯色指數(shù)的影響則較小。 第九講 白光發(fā)光二極管 第九講 白光發(fā)光二極管 圖 97 兩種石榴石組分 PC白光 LED的典型光譜（實線 570nm，虛線 580nm） p? p? 高亮度 AlInGaN藍光 LED發(fā)展起來后不久，AlInGaN/YAG： Ce3+熒光粉轉(zhuǎn)換（ PC）白光 LED就商品化了。用外量子效率 %的 AlInGaN藍光 LED，第一批白光 LED的光通量為 l0mlm，發(fā)光效率為51m/W，顯色指數(shù)為 85，色溫為 8000K。由于藍光LED的量子效率不斷提高，日前實驗室已實現(xiàn)2491m/W的發(fā)光效率。假如設(shè)藍色 LED和熒光粉的量子效率為 100%， PC LED發(fā)光效率的理論上限量3001m/W。 第九講 白光發(fā)光二極管 功率 LED(≥1W ）的發(fā)光效率己達 208lm/W，大于130lm/W的 PC白光 LED已能批量生產(chǎn)。估計生產(chǎn) 150lm/W的PC白光 LED也是年內(nèi)就能實現(xiàn)。 選擇熒光粉的標準主要有五條：①對 LED發(fā)射波長有強烈的吸收。②高的激發(fā)量子效率。③滿意的穩(wěn)定性。④適當?shù)男蚊病＂葸m合的粒度。 豐田合成為避開 YAG： Ce3+專利與歐洲二公司合作開發(fā)了堿土金屬硅酸鹽熒光粉，松下電器和歐司朗也同樣申請了硅酸鹽熒光粉專利。但硅酸鹽熒光粉至今在發(fā)光效率上仍不及 YAG，盡管硅酸鹽熒光粉的熱穩(wěn)定性較 YAG高。 第九講 白光發(fā)光二極管 （ 2）多基色熒光粉轉(zhuǎn)換白光 LED 三基色 PC LED能改善效率和顯色性?；庠矗?450nm/540nm/610nm）的最佳組合也可以用部分被吸收的 AlInGaN芯片的藍光和適當?shù)木G光和橙紅光兩種熒光粉來實
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